超临界锅炉技术介绍.ppt

600MW超临界锅炉技术介绍,主讲人：杨国忠 2006年9月,主要介绍内容,超临界参数机组发展现状及效率 超临界参数锅炉设计特点与亚临界技术差别 超临界锅炉技术分类、SBWL超临界技术特点 超临界机组的加工、安装、调试、运行和维护工作的要求 超临界锅炉运行性能反馈,超临界参数机组发展现状及效率,超临界与超超临界,超临界是物理概念-22.13MPa(374.15°C) 超超临界是（90年代提出）工程产品商业性的概念 1993年-日本最早提出压力24.2MPa，温度 593°C. 丹麦认为压力 27.5MPa. 1998年-两台29MPa两次再热 1997年西门子认为采用“600 °C材料”的机组来区分 我国电力百科全书认为压力 27MPa.2003年“863”“超超临界燃煤发电技术”课题设定为压力 25MPa，温度 580 °C第一次大规模发展—美国,美国发展以超超临界参数起步1959年投运的320MW,34.5/649/566/566,至今仍在运行1959年GE公司125MW,31/621/566/538，1975年停运80-90年美国大规模的改造和优化，解决可靠性问题 参数回到超临界（温度小于566度，压力25MPa以下）,高效洁净燃煤电厂的设计理念,所有环节，所有可采用的先进技术提高效率。

电厂总的热效率提高到43%-47%（热电联供超过55%）考虑环保的效益，更大的冷端投入；与当地经济综合利用，普遍热电联供；必须具有调峰能力；进一步提高参数，‘700°C计划’开始实施,高效洁净燃煤电厂的设计理念 -德国BOA电厂举例,全面的提高效率措施-参数、冷端优化、烟气利用、循环及辅助系统 与亚临界600MW比电厂热效率提高7.7%  环保-改进燃烧、脱硫、除尘、脱硝超临界参数效率比较,CO2排放比较,超临界参数锅炉设计特点与亚临界技术差别,600MW超临界/亚临界机组热耗比较,以16.7Mpa，538/538 oC亚临界参数为基准 压力为24.1Mpa，538/538 oC热耗值下降约2.0% 压力为24.1Mpa，538/566 oC热耗值下降约2.3% 压力为24.1Mpa，566/566 oC热耗值下降约2.9% 压力为24.1Mpa，538/538/538 oC热耗值下降约4.0% 压力为31.0Mpa，538/538 oC热耗值下降约3.0% 压力为31.0Mpa，538/538/538 oC热耗值下降约4.8% 压力为31.0Mpa，538/566/566 oC热耗值下降约5.8%,超临界锅炉设计特点,超临界锅炉必然是直流锅炉，因此与汽包炉相比在汽水系统方面有很大区别，在水冷壁设计方面有更大区别，在锅炉运行方面也有所区别。

超临界锅炉总体设计；超临界锅炉汽水系统设计；超临界锅炉的炉膛和燃烧器布置；锅炉启动系统设计；600MW超临界锅炉材料选择；超临界锅炉对水质要求；超临界锅炉对自控要求；,超临界锅炉总体设计,超临界锅炉的总体设计，与亚临界汽包炉相比，主要区别在于炉膛水冷壁系统和锅炉启动系统当然，超临界锅炉汽压汽温比较高，因此在蒸发吸热与过热吸热的比例方面也有所不同，理论上需要更多的过热器、再热器受热面，因此在水冷壁上部（上辐射），作为辐射过热器； 超临界锅炉的炉膛设计，与亚临界汽包炉没有什么区别，主要取决于燃料特性和燃烧方法锅炉总体的热平衡计算和效率计算也没有什么区别超临界锅炉汽水系统设计,一、水冷壁系统 从水冷壁中的质量流速可以看出：汽包炉的重量流速较低，例如自然循环MCR工况时约1100～1200kg/m2.s，控制循环锅炉MCR时约950～1050kg/m2.s，超临界直流锅炉MCR达2808 kg/m2.s（石洞口600MW机组），对于CC+锅炉在各种负荷下水冷壁都有循环泵打循环，质量流速都能保证，所以水冷壁很安全而自然循环的质量流速依靠自然循环压头而生成，因此低负荷时质量流速很低，变负荷时，质量流速也随之升高。

超临界直流炉水冷壁内的质量流速几乎与锅炉负荷成正比（循环倍率为1），但为保证起动时最低流量一般有一最小流量流速，保证起动及低负荷时水冷壁安全运行例如600MW，最低质量流速ρω=850 kg/m2.s超临界锅炉汽水系统设计,二、过热器、再热器系统 过热器系统：超临界锅炉压力、温度提高后，必须会使管壁厚度增加，这使锅炉受压件重量增加，并使金属蓄热过大不利于快速起停和调峰另一方面，超临界锅炉蒸汽比容大大低于亚临界蒸汽，这样便可采用较小口径管子，达到降低壁厚，减少重量的目的从传热学和应力分析角度来看，也不希望采用壁厚较大的管子作受热面，特别是在热负荷较高或温度变化较频繁的区域因此，超临界锅炉一般都采用较小口径的管子 再热器系统：与常规亚临界锅炉设计相同超临界锅炉的炉膛和燃烧器布置,超临界锅炉的炉膛设计与亚临界锅炉一样，都是取决于燃料特性和燃烧方式但是由于直流炉具有无固定的汽水分界点这一特性，炉膛的设计（容积或高度）可以比汽包炉更为自由，例如对于低灰融点的煤，炉膛需要大一些，直流炉就没有什么限制，而汽包炉则担心过多的蒸发受热面会影响出口汽温偏低，因而要采取减少省煤器或设置壁式过热器、壁式再热器等措施来平衡辐射和对流吸热之比，这样会使设计复杂，热面增加，有时还会影响锅炉效率（当省煤器太少时，有可能使排烟温度升高，锅炉效率下降）。

虽然直流炉对炉膛的设计比较自由，但另一方面，则要求对炉膛的热力计算更为准确，这是因为炉膛吸热量（或炉膛出口烟温）的大小，不但与出口汽温有关，还与水冷壁的温度工况直接有关，例如水冷壁的出口介质温度，混合联箱处的温度，以及各种工况下的水冷壁壁温都与炉膛吸热量的准确性有关当炉膛出口烟温存在较大偏差时，往往会使水冷壁的安全运行带来困难，有时还要调整对流—辐射受热面的吸热比例通常，在省煤器或过热器（例如高温过热器）热面布置时，留有增减受热面的余地，如果炉膛吸热量太多，就减少省煤器，炉膛吸热量太少，就增加省煤器和过热器 燃烧器的布置也同样是根据燃料特性和燃烧方式而定的但是对于超临界直流锅炉，总体上希望燃烧器的布置要拉开一些，适当减小燃烧器区域壁面热负荷，并进一步防止过大的热负荷分布偏差，从而减小水冷壁的热偏差在燃烧器具体设计时，还要与水冷壁设计配合，使水冷套设计更为合理锅炉启动系统设计,直流锅炉在启动时，需要投入启动系统，以便将汽水分离，保证过热器入口只通入饱和蒸汽直流锅炉启动系统分内置式系统和外置式系统二大类型，目前大多采用内置式起动系统在内置式系统中，启动分离器的位置，通常设置在水冷壁的出口，从汽水流程来讲，类似于汽包炉汽包的位置。

分离器的入口参数在锅炉总体设计时需要加以明确，在锅炉运行时，利用该点汽温作为中间点温度来调节煤水比，使锅炉出口汽温稳定在锅炉最低直流运行负荷时，分离器入口参数在微过热60～100KJ/kg左右，而在超临界满负荷工况，该点温度在420至430℃左右（对于25MPa的超临界机组）600MW超临界锅炉材料选择,水冷壁材料：管子15CrMo\SA-213 T12,12Cr1MoV\T22鳍片材料SA387Gr12 过热器材料：包复管15CrMo 分隔屏12Cr1MoV,T23,T91后屏T23,T91,TP347H末过T23,T91,TP347H 过热器集箱及管道：12Cr1MoV,SA335P91 再热器材料：低再SA-210C 15CrMo,12Cr1MoV,T23集箱及管道: 12Cr1MoV,SA335P91 省煤器：SA-210C,超临界锅炉对水质要求,锅炉主要运行点对水质的要求 锅炉进水水质应满足：除氧器出口水质的含铁量500PPb,应进行排放，含铁量<500PPb时进行回收，启动锅炉疏水泵，建立循环清洗； 当循环清洗进行到省煤器入口水质含铁量<50PPb，分离器出口含铁量<100PPb时，锅炉予清洗完成可以点火； 锅炉点火时省煤器入口给水品质须达到表1启动过程栏参数； 汽机冲转前，省煤器进口给水品质应达到如下要求：电导率25℃（us/cm） <1Fe (PPb) <50SiO2(PPb) <25Na(PPb) <20 在汽机冲转至50%MCR负荷间，省煤器给水品质和蒸汽品质达到如下要求：省煤器进口给水： Fe<30 PPbCu<5 PPbSiO2<30 PPb50%负荷时蒸汽品质达到：Fe<30 PPb SiO2<40 PPb 30%负荷以上可将AVT模式切换成CWT模式，加氧系统投入运行，省煤器进口水的PH设定值从～9.4转换到～8.5。

通常系统中加氧设有两个点：一点在冷凝水管道(冷凝水高纯度水处理装置出口)，一点在给水管道（除氧器出口）加氧流量分别按冷凝水流量的氧量调节阀和省煤器进口氧量100~150 PPb信号来调节超临界锅炉对水质要求,当锅炉点火及正常运行时省煤器入口水质指标推荐如下表：,超临界锅炉对自控要求,超临界锅炉与亚临界汽包锅炉在自动控制方面有所不同，其实质是直流锅炉与汽包锅炉之间的差别1） 汽包锅炉：给水量、燃料量、汽温控制等相对独立，给水→水位；燃料→产汽量、汽压；喷水→汽温2）直流锅炉中，由于没有汽包，蒸发与过热受热面之间没有固定的分界线，当给水量或燃料量变化时都会引起蒸发量、汽温和汽压的同步变化，相互有牵制，关系密切； 随着超临界机组蒸汽压力的升高，直流锅炉中间点汽温（通常取起动分离器出口汽温）和过热器出口汽温控制点的温度变动惯性增加（亦即比热增加），时常数和延迟时间相应增大，在燃料或给水量扰动时，超临界锅炉的蒸汽温度变化具有更大惯性 在超临界机组起动和低负荷运行期间，必须投入启动旁路系统，因此也增加了锅炉启动系统对控制的要求 超临界锅炉更难于控制，情况更复杂了一些在规定的运行工况下，必须维持某些比例常数，而在变工况下必须使这些比例按一定规律变化，而在起动和低负荷时，要求更大幅度地改变这些比例，以得到宽范围领域的自动控制，通常这些比例是 ：给水流量/蒸汽流量；热量输入/给水流量；喷水流量/给水流量；过热器吸热/再热器吸热超临界机组与相同容量的亚临界汽包炉相比，自动化系统的规模，即所需的自动控制和仪表装置大致相同，但超临界锅炉更为复杂一些，要求自控设计人员与锅炉设计人员配合，了解直流锅炉运行特点，运用更先进的控制理论和更完美的控制策略,超临界锅炉技术分类、SBWL超临界技术特点,超临界锅炉的发展简史和技术从属关系,Sulzer型（瑞士）：1929年始，水冷壁无中间集箱，带立式汽水分离器多弯道垂直管带（升降回带）多弯道水平管带（水平回带）水平螺旋围绕（上部常为垂直上升）（1965年）新型的一次垂直上升Benson型（德）：同期，带中间集箱多回路系统，无汽水分离器，常带蒸发器多次上升（下降）一次上升大容量炉的一次上升（垂直和螺旋）,超临界锅炉的发展简史和技术从属关系,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,SBWL600MW超临界锅炉技术特点,水冷壁管圈形式：螺旋管圈+加中间混合集箱燃烧方式：四角切圆燃烧启动系统形式：简单疏水系统、带再循环泵系统调温方式：过热蒸汽 煤水比/两级喷水调温再热蒸汽：燃烧器摆动,锅炉总体布置 （侧视图）,SBWL600MW超临界锅炉技术特点,启动系统 （简单疏水扩容）,启动系统 （带循环泵）,1、锅炉本体设有两个膨胀中心，分别在水冷壁后墙前后各900mm的位置。

运行时炉膛部分以第一个膨胀中心为原点进行膨胀，水平烟道及后烟井以第二个膨胀中心为原点进行膨胀2、过热器受热面采用小口径管由于超临界锅炉压力高，如再采用大口径管子势必要使管壁厚度大大增加，导致金属蓄热过大，无法适应超临界直流锅炉快速启停的要求采用小口径管适当提高受热面的蒸汽压降，可有效降低流动带来的偏差3、不同的受热面悬吊型式 a、低温再热器进口集箱采取用悬吊管悬吊的结构，悬吊管由后烟井两侧墙下集箱引至后烟井两侧墙上集箱，悬吊管共20根，管径为φ57.15mm； b、末级过热器中间水平段采用跳管支吊型式，4号管和10号管分别穿出炉顶约700mm的距离形成U形支吊结构；,。